KR20170104857A - 뮤추얼 방식을 이용한 터치압력 감지ic - Google Patents

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Abstract

뮤추얼 방식을 이용한 3D 터치 센서에 관한 기술로서 터치압력 감지IC는, 기준전위층과 기판 사이에 위치하는 탄성층을 포함하며, 상기 탄성층은 복수 개의 구동전극 및 감지전극을 포함하는 터치패널을 포함하고, 상기 구동전극과 상기 감지전극 사이의 커패시턴스 변화량을 측정함으로써 터치압력 발생 여부를 판단하도록 되어 있다.

Description

뮤추얼 방식을 이용한 터치압력 감지IC{Touch pressure detecting IC using mutual method}
본 발명은 사용자 전자장치에 관한 것으로서, 특히 뮤추얼 방식을 이용한 터치압력 감지IC에 관한 기술이다.
터치입력장치는 터치패널 상에서 손가락 등의 접촉위치를 감지하고, 감지된 접촉위치에 관한 정보를 입력정보로서 제공하는 입력장치를 지칭한다. 터치입력장치에는 여러 방식이 있으며, 대표적으로 셀프(self)방식과 뮤추얼(mutual)방식이 있다.
본 발명에 대하여 관련 선행기술에 대한 특허로서, 등록특허 '10-1578036' 및 등록특허 '10-1591293' 가 있다. 등록특허 '10-1578036' 의 도 3a를 참고하면, 터치입력장치는 하우징, 커버, 터치패널, 공극, 발광층을 포함하여 구성될 수 있다. 이때, 터치패널은 구동전극(TX 전극)과 감지전극(RX 전극)을 포함할 수 있는데 이 경우, 뮤추얼 방식에 해당할 수 있다. 등록특허 '10-1578036' 의 도 5a 내지 도 5d를 참고하면, 터치압력을 감지하는 원리를 이해할 수 있다.
등록특허 '10-1591293' 의 도 2a를 참고하면, 터치패널이 제1전극만을 포함하는 경우, 셀프방식에 해당할 수 있다.
한편, 압력을 감지하여 터치가 이루어지도록하는 기술이 연구되고 있다. 종래의 터치입력방식을 2D 방식이라고 한다면, 탄성체를 이용하여 압력을 감지하는 방식을 3D 방식이라고 할 수 있다.
탄성체를 이용한 3D 입력방식은 현재, 셀프(self)방식이 적용되어 있다. 셀프 방식의 경우, 고 해상도를 얻기 위해서는 많은 채널 수가 필요하다는 문제가 있다.
그리고 일반적으로 상기 탄성체는 불투명하기 때문에 디스플레이 패널 아래에만 배치되기 때문에 제한요소가 존재한다.
본 발명에서는, 상술한 문제를 해결하기 위하여 뮤추얼방식을 적용한 3D 센서 터치방식을 제공하고자 한다.
또한, 본 발명에서는 3D 센서 구조를 추가하지 않고, 일반 2D 터치 구조를 이용하면서도 3D 터치가 가능한 구조를 제공하고자 한다. 즉, 투명접착필름(OCA, optical clear adhesive)를 탄성체로 대체하는 구조를 제공하고자 한다.
본 발명의 일 관점에 따른 터치압력 감지 IC는, 2D 터치센서 모듈; 디스플레이 패널; 상기 2D 터치센서 모듈과 상기 디스플레이 패널 사이에 위치하는 탄성층을 포함하며, 상기 탄성층의 일 면에는 기준전위층이 배치되어 있고, 상기 탄성층의 타 면에는 기판(3D 센서)이 배치되어 있으며, 상기 기판은 복수 개의 구동전극을 포함하는 구동전극층 및 복수 개의 감지전극을 포함하는 감지전극층을 포함하고, 상기 탄성층의 높이에 따른, 상기 구동전극과 상기 감지전극 사이의 커패시턴스 변화량을 측정함으로써 터치압력 발생 여부를 판단하도록 되어 있을 수 있다.
본 발명의 다른 관점에 따른 터치압력 감지IC는, 2D 터치센서 모듈과 디스플레이 패널 사이에 배치된 탄성층을 포함하며, 상기 2D 터치센서 모듈은 복수 개의 구동전극 및 감지전극을 포함하는 터치패널을 포함하고, 상기 탄성층의 높이(d)에 따른, 상기 구동전극과 상기 감지전극 사이의 커패시턴스 변화량을 측정함으로써 터치압력 발생 여부를 판단하도록 되어 있을 수 있다.
본 발명의 또 다른 관점에 따른 터치압력 감지IC는, 복수 개의 감지전극들로 이루어진 감지전극층과 복수 개의 구동전극들로 이루어진 구동전극층 사이에 배치된 탄성층, 및 상기 구동전극층 아래에 배치된 디스플레이 패널을 포함하며, 상기 탄성층의 높이(d)에 따른, 상기 구동전극과 상기 감지전극 사이의 커패시턴스 변화량을 측정함으로써 터치압력 발생 여부를 판단하도록 되어 있을 수 있다.
본 발명에 따르면, 적은 채널 수로도 동일한 해상도를 얻을 수 있다.
또한, 3D 센서 구조를 추가하지 않고, 일반 2D 터치 구조를 이용하면서도 3D 터치가 가능한 구조를 제공할 수 있다.
또한, 일반적으로 정전식 터치가 이루어질 수 없는 환경 예컨대, 수중에서 또는 터치가 되지 않는 장갑을 꼈을 때와 같이 터치가 이루어질 수 없는 환경에서 3D 터치 동작을 수행할 수 있다.
도 1a 및 도 1b는 본 발명의 일 실시예에 따른 3D 터치입력장치의 구조를 나타낸 것이다.
도 2는 일 실시예에 따른 셀프 방식을 이용한 압력 측정 구조를 나타낸 것이다.
도 3a 및 도 3b는 본 발명의 일 실시예에 따른 뮤추얼 방식을 이용한 압력 측정 구조를 나타낸 것이다.
도 4a는 일 실시예에 따른 2D 터치입력장치의 구조를 나타낸 것이고, 도 4b는 본 발명의 일 실시예에 따른 터치입력장치의 구조를 나타낸 것이다.
도 5a 및 도 5b는 본 발명의 일 실시예에 따라 탄성층이 적용된 구조를 나타낸 것이다.
이하, 본 발명의 실시예를 첨부한 도면을 참고하여 설명한다. 그러나 본 발명은 본 명세서에서 설명하는 실시예에 한정되지 않으며 여러 가지 다른 형태로 구현될 수 있다. 본 명세서에서 사용되는 용어는 실시예의 이해를 돕기 위한 것이며, 본 발명의 범위를 한정하고자 의도된 것이 아니다. 또한, 이하에서 사용되는 단수 형태들은 문구들이 이와 명백히 반대의 의미를 나타내지 않는 한 복수 형태들도 포함한다.
<1군의 발명>
도 1a 및 도 1b는 본 발명의 일 실시예에 따른 3D 터치입력장치의 구조를 나타낸 것이다.
3D 터치입력장치는 도 1a와 같은 순서로, 2D 터치 센서 모듈(10), 기준전위층(GND)(20), 탄성체(30), 기판(40), 디스플레이 패널(50), 및 SET브라켓(60)을 포함할 수 있다. 또는, 도 1b와 같은 순서로, 2D 터치 센서 모듈(10), 디스플레이 패널(50), 기준전위층(GND)(20), 탄성체(30), 기판(40), 및 SET브라켓(60)을 포함할 수 있다.
셀프방식 및 뮤추얼 방식 모두 전극을 사용한다. 두 방식 모두 전극을 통해 전류를 흘리는 구동부를 포함하며, 전극들을 통해 흐르는 전하를 축적하는 적분회로를 이용하는 구조이다.
이때, 상기 전극들 근처에 전도체 또는 유전체가 존재하는 경우 상기 전극을 통해 흐르는 전류의 흐름이 방해되거나 강화될 수 있다. 이러한 방해 또는 강화는, 상기 전극과 전도체 사이에 형성되는 커패시턴스의 크기로 설명될 수도 있다.
종래기술에서도 기준전위층(GND)과 전극들 사이에 전기장이 존재할 수 있는데, 압력이 가해지면 전기장이 강화되어 전극을 통해 흐르는 전하의 양이 조절될 수 있다. 이러한 현상을 이용하여 압력을 측정할 수 있다.
도 2는 일 실시예에 따른 셀프 방식을 이용한 압력 측정 구조를 나타낸 것이다.
기준전위층(GND)(20)과 기판(40) 사이의 탄성체에는 구동부를 통해 전류가 흐르도록 되어 있는 복수 개의 전극(70)이 존재하며, 손가락과 같은 전도체에 의해 압력이 가해지면 d값이 줄어들게 된다. 이때, 상기 전극(70)들과 상기 전도체 사이에 발생하는 C3D(Self) 값은 증가하게 된다.
셀프 방식에서는, 각 전극(70)들을 통해 흐르는 전하를 축적하기 위한 적분회로가 전극(70)의 개수만큼 존재할 수 있다. 이때, 적분회로의 수를 '채널의 수'라고 지칭할 수 있다.
도 3a 및 도 3b는 본 발명의 일 실시예에 따른 뮤추얼 방식을 이용한 압력 측정 구조를 나타낸 것이다.
도 3a는 TX 전극(81)과 RX 전극(80)이 동일한 층에 형성되어 있는 경우일 수 있다. TX 전극(81)에 구동전압를 인가하면, TX 전극(81)과 RX 전극(80) 사이에 전기장이 형성될 수 있는데, 상기 전기장이 기준전위층(GND)(20)과 탄성체(30) 사이에 존재하는 공간에 퍼질 수 있도록 배치되어 있다. 이때, 압력이 가해지면 기준전위층(GND)(20)이 탄성체(30) 방향으로 내려오고(즉 d의 값이 줄어들고), GND(20)가 상기 전기장의 흐름을 방해하게 될 수 있다. 따라서, TX 전극(81)과 RX 전극(80) 사이에 발생하는 C3D(Mutual) 값은 감소하게 된다.
뮤추얼 방식에서는, 각 전극들을 통해 흐르는 전하를 축적하기 위한 적분회로가 TX 전극(81)의 개수만큼 존재할 수 있다.
예컨대, 9개의 지점에서 압력 여부를 검출하고자 한다면, 셀프방식에서는 9개의 지점에 대한 전극(70)이 9개 필요하며, 전극(70)의 개수만큼 전극(70)에 흐르는 전하를 축적하기 위한 적분회로가 9개 필요하다. 그러나 뮤추얼방식에서는 TX 전극(81)과 RX 전극(80)이 각각 3개씩 존재한다고 할 경우, 총 9개의 지점에서의 압력 여부를 검출할 수 있으므로, 각 TX 전극(81)에 연결되는 적분회로가 3개 필요하다.
따라서, 뮤추얼 방식을 이용함으로써 동일한 해상도(예컨대, 3*3)를 구현하기 위한 총 채널의 개수가 줄어듦을 알 수 있다.
도 3b는 TX 전극(81)과 RX 전극(80)이 서로 다른 층에 형성되어 있는 경우일 수 있다. 이 경우, 전기장이 기준전위층(GND)D(20)과 탄성체(30) 사이에 존재하는 공간에 퍼질 수 있도록 RX 전극(80)이 기판(40)과 기준전위층(GND)(20) 사이에 존재하고 TX 전극(81)은 기판(40)을 기준으로 RX 전극(80) 위치의 반대 방향에 배치할 수 있다. 이때, RX 전극(80)을 TX 전극(81)보다 작은 면적으로 형성되도록 하여, TX 전극(81)에서 RX 전극(80)으로 흐르는 전기장의 일부가 기판(40)과 기준전위층(GND)(20) 사이의 공간으로 퍼지도록 할 필요가 있다.
이때, 압력이 가해지면 기준전위층(GND)(20)이 탄성체(30) 방향으로 내려오고(즉 d의 값이 줄어들고), 기준전위층(GND)(20)이 상기 전기장의 흐름을 방해하게 될 수 있다. 따라서, TX 전극(81)과 RX 전극(80) 사이에 발생하는 C3D(Mutual) 값은 감소하게 된다.
도 3b에서도 마찬가지로, 각 전극들을 통해 흐르는 전하를 축적하기 위한 적분회로가 TX 전극(81)의 개수만큼 존재할 수 있다. 따라서, 도 3a와 같은 동일한 효과를 얻을 수 있다.
<2군의 발명>
도 4a는 일 실시예에 따른 2D 터치입력장치의 구조를 나타낸 것이다.
2D 터치입력장치는 도 4a와 같은 순서로, 2D 터치센서 모듈(110), 투명접착필름(OCA)(120), 디스플레이 패널(130), 및 SET브라켓(140)을 포함할 수 있다. 이때, 2D 터치센서 모듈(110)은 기판일 수 있다.
도 4b는 본 발명의 일 실시예에 따른 터치입력장치의 구조를 나타낸 것이다.
본 발명은 도 4a와 같은 터치입력장치의 구조에서 OCA(120)의 위치에 탄성층(150)을 배치함으로써 이루어질 수 있다. 즉, 본 발명의 터치입력장치는 2D 터치센서 모듈(110), 탄성층(150), 기준전위층(160), 디스플레이 패널(130), 및 SET브라켓(140)을 포함할 수 있다.
이러한 구조를 취함으로써, 모드 전환을 통해 일반 환경에서는 2D 터치가 이루어지고 특수 환경에서는 3D 터치가 가능하도록 할 수 있다.
도 5a 및 도 5b는 본 발명의 일 실시예에 따라 탄성층이 적용된 구조를 나타낸 것이다.
도 5a는 구동전극과 감지전극이 동일층에 형성된 경우일 수 있고, 도 5b는 구동전극과 감지전극이 서로 다른 층에 형성된 경우를 나타낸 것일 수 있다.
이때, 구동전극과 감지전극을 포함하는 터치패널은 전극을 통해 전류를 흘리는 구동부를 포함하며, 전극들을 통해 흐르는 전하를 축적하는 적분회로를 이용한다.
이때, 상기 전극들 근처에 전도체 또는 유전체가 존재하는 경우 상기 전극을 통해 흐르는 전류의 흐름이 방해되거나 강화될 수 있다. 이러한 방해 또는 강화는, 상기 전극과 전도체 사이에 형성되는 커패시턴스의 크기로 설명될 수도 있다.
종래기술에서도 기준전위층(GND)(160)과 전극들 사이에 전기장이 존재할 수 있는데, 압력이 가해지면 전기장이 강화되어 전극을 통해 흐르는 전하의 양이 조절될 수 있다. 이러한 현상을 이용하여 압력을 측정할 수 있다.
도 5a에서, 2D 터치센서 모듈(110)은 복수 개의 감지전극(RX 전극)(180) 및 구동전극(TX 전극)(181)을 포함할 수 있다.
TX 전극(181)에 구동전압을 인가하면, TX 전극(181)과 RX 전극(180) 사이에 전기장이 형성될 수 있는데, 상기 전기장이 기준전위층(GND)(160)과 탄성층(150) 사이에 존재하는 공간에 퍼질 수 있도록 배치되어 있다. 이때, 터치압력이 가해지면 탄성층(150)의 높이(d)가 줄어들게 되며, 기준전위층(160)에 대한 전기장의 크기는 증가할 수 있다. 따라서, TX 전극(181)과 RX 전극(180) 사이에 발생하는 C3D(Mutual) 값은 감소하게 된다.
도 5b의 경우, RX 전극(180)이 2D 터치센서 모듈(110)에 배치되고, 2D 터치센서 모듈(110)과 기준전위층(160) 사이에는 탄성층(150)이 배치되며, 탄성층(150) 아래의 2D 터처 센서 모듈(111)에는 TX 전극(181)이 배치될 수 있다. 이때, RX 전극(180)을 TX 전극(181)보다 작은 면적으로 형성되도록 하여, TX 전극(181)에서 RX 전극(180)으로 흐르는 전기장의 일부가 탄성층(150)과 기준전위층(160) 사이의 공간으로 퍼지도록 할 수 있다.
이때, 터치압력이 가해지면 탄성체의 높이(d)가 줄어들게 되고, 기준전위층(GND)(160)에 대한 전기장의 크기는 증가할 수 있다. 따라서, TX 전극(181)과 RX 전극(180) 사이에 발생하는 C3D(Mutual) 값은 감소하게 된다.
즉, TX 전극(181)과 RX 전극(180) 사이에 발생하는 커패시턴스 변화량(C3D)을 통해 터치압력 여부를 감지할 수 있다.
상술한 바와 같이 OCA 위치에 탄성층을 배치함으로써, 기존의 2D 터치 구조를 이용하면서도 2D 터치 및 3D 터치를 모두 구현할 수 있다.
본 발명의 실시예에서는 기준전위층(160)이 탄성층(150) 아래에 배치되는 것으로 예를 들었으나, 다른 실시예에서 기준전위층(160)의 위치는 달라질 수 있다.
또한, 본 발명에서는 탄성층(150)이 OCA의 위치에 배치되었으나, 다른 실시예에서는 PET 필름이 사용되는 위치에 대체하여 배치될 수 있다.
상술한 본 발명의 실시예들을 이용하여, 본 발명의 기술 분야에 속하는 자들은 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위 내에 다양한 변경 및 수정을 용이하게 실시할 수 있을 것이다. 특허청구범위의 각 청구항의 내용은 본 명세서를 통해 이해할 수 있는 범위 내에서 인용관계가 없는 다른 청구항에 결합될 수 있다.

Claims (3)

  1. 2D 터치센서 모듈;
    디스플레이 패널;
    상기 2D 터치센서 모듈과 상기 디스플레이 패널 사이에 위치하는 탄성층을 포함하며,
    상기 탄성층의 일 면에는 기준전위층이 배치되어 있고, 상기 탄성층의 타 면에는 기판(3D 센서)이 배치되어 있으며,
    상기 기판은 복수 개의 구동전극을 포함하는 구동전극층 및 복수 개의 감지전극을 포함하는 감지전극층을 포함하고,
    상기 탄성층의 높이(d)에 따른, 상기 구동전극과 상기 감지전극 사이의 커패시턴스 변화량을 측정함으로써 터치압력 발생 여부를 판단하도록 되어 있는,
    터치압력 감지IC.
  2. 2D 터치센서 모듈과 디스플레이 패널 사이에 배치된 탄성층을 포함하며,
    상기 2D 터치센서 모듈은 복수 개의 구동전극 및 감지전극을 포함하는 터치패널을 포함하고,
    상기 탄성층의 높이(d)에 따른, 상기 구동전극과 상기 감지전극 사이의 커패시턴스 변화량을 측정함으로써 터치압력 발생 여부를 판단하도록 되어 있는,
    터치압력 감지IC.
  3. 복수 개의 감지전극들로 이루어진 감지전극층과 복수 개의 구동전극들로 이루어진 구동전극층 사이에 배치된 탄성층; 및
    상기 구동전극층 아래에 배치된 디스플레이 패널;
    을 포함하며,
    상기 탄성층의 높이(d)에 따른, 상기 구동전극과 상기 감지전극 사이의 커패시턴스 변화량을 측정함으로써 터치압력 발생 여부를 판단하도록 되어 있는,
    터치압력 감지IC.
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2019113754A1 (zh) * 2017-12-11 2019-06-20 深圳市柔宇科技有限公司 触控面板及其压力触控传感结构和触控压力判断方法

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